МикроРНК раскрывает эволюционную загадку окраски крыльев бабочек и мотыльков
Чешуекрылые (бабочки и мотыльки) демонстрируют огромное разнообразие цветовых узоров на крыльях. Многие виды имеют черно-белые или темно-светлые варианты окраски, связанные с наличием или отсутствием меланина. Эти варианты — классические примеры естественного отбора и эволюции.
Несмотря на часто понятные экологические причины, благоприятствующие наличию или отсутствию меланина, генетическая и эволюционная основа этих изменений долгое время оставалась неясной.
Как бабочки и мотыльки «рисуют» свои крылья черным или белым?
Последние два десятилетия считалось, что большинство вариантов меланической окраски контролируется одним геномным регионом вокруг белок-кодирующего гена cortex. Предполагалось, что именно cortex является генетическим переключателем.
Международная команда исследователей под руководством профессора Антонии Монтейру и доктора Шэнь Тяня из Национального университета Сингапура (NUS) обнаружила, что cortex не влияет на меланическую окраску. Вместо этого за переключение цвета отвечает ранее игнорируемая микроРНК (miRNA).
Результаты были опубликованы в журнале Science 5 декабря 2024 года.
Ключевая роль mir-193
Исследователи обнаружили микроРНК mir-193, расположенную рядом с cortex. Команда нарушила работу mir-193 с помощью инструмента редактирования генов CRISPR-Cas9 у трех эволюционно далеких линий бабочек:
- Африканской сатириды Bicyclus anynana
- Индийской капустницы Pieris canidia
- Парусника Papilio polytes
Полное нарушение работы mir-193 устранило черные и темные цвета крыльев у всех трех видов.
В то же время нарушение работы cortex и трех других белок-кодирующих генов из того же региона у B. anynana не оказало влияния на окраску крыльев. Это указало, что именно mir-193, а не cortex, является ключевым регулятором меланической окраски у этих чешуекрылых.
Механизм действия и эволюционная сохранность
Команда подтвердила, что mir-193 образуется из длинной некодирующей РНК ivory и функционирует, напрямую подавляя несколько генов пигментации.
Поскольку последовательность mir-193 глубоко консервативна не только у чешуекрылых, но и во всем животном царстве, команда также проверила ее роль у мух Drosophila. Оказалось, что mir-193 также контролирует меланическую окраску у этих мух, что указывает на ее глубоко консервативную роль за пределами чешуекрылых.
Значение исследования
Профессор Монтейру отметила: «Эта работа вносит новый поворот в давнюю гипотезу и показывает, что маленькая некодирующая РНК — это переключатель, который, экспрессируясь или нет, создает разнообразные варианты меланической окраски крыльев в природе».
Доктор Тянь добавил: «Роль некодирующих РНК в фенотипическом разнообразии сильно недооценена. Это исследование стимулирует дальнейшее изучение того, как микроРНК могут способствовать фенотипическому разнообразию у организмов».
Вывод: Исследование демонстрирует, что плохо аннотированные некодирующие РНК, такие как микроРНК, нельзя игнорировать в исследованиях ассоциации генотип-фенотип, чтобы не прийти к ошибочным выводам.